Đồ án Thiết kế thi công hầm xuyên núi trên tỉnh lộ 722

Lêi c¶m ¬n N¨m n¨m d­íi m¸i tr­êng ®¹i häc GTVT lµ qu·ng thêi gian ®Çy ý nghÜa ®èi víi mét sinh viªn ®ang chuÈn bÞ nh÷ng hµnh trang cÇn thiÕt trªn con ®­êng trë thµnh mét ng­êi kü s­ CÇu §­êng trong t­¬ng lai. Qu¸ tr×nh häc hái vµ trau dåi kiÕn thøc cña chóng em kh«ng thÓ thiÕu ®­îc sù chØ b¶o, d¹y dç tËn t×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o trong tr­êng vµ ®Æ biÖt lµ c¸c thÇy c« trong bé m«n CÇu HÇm. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì cña thÇy Bïi V¨n D­ìng cïng toµn thÓ c¸c thÇy c« gi¸o trong Bé m«n §­êng Bé . §Æc biÖt xin c¶m ¬n thÇy Bïi V¨n D­ìng ®· h­íng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n tèt nghiÖp nµy. Hµ Néi, th¸ng 5 n¨m 2008 Sinh viªn NguyÔn Hång Thanh Líp §­êng HÇm_Mªtro – K44 Lêi c¶m ¬n 1 PHẦN I: 7 GIỚI THIỆU CHUNG 7 CHƯƠNG 1: TÊN CÔNG TRÌNH, VỊ TRÍ XÂY DỰNG. 8 1.1. Tên công trình: Hầm giao thông xuyên núi. 8 1.2. Vị trí. 8 1.3. Đặc điểm điều kiện kinh tế, xã hội. 8 1.4. Điều kiện giao thông hiện tại của khu vực xây dựng. 8 1.5. Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực công trình. 9 1.6. Điều kiện khí hậu khu vực xây dựng. 9 CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT. 10 2.1. Quy trình, quy phạm thiết kế được áp dụng. 10 2.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật. 10 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HẦM. 10 3.1. Mô tả địa chất công trình khu vực hầm. 10 3.2. Phân loại địa chất trong các khu vực dự kiến tuyến hầm đi qua. 12 3.3. Dự kiến cấu tạo kết cấu và biện pháp công nghệ thi công đường hầm. 14 PHẦN II: 15 THIẾT KẾ CƠ SỞ. 15 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ THỨ NHẤT. 16 I - THIẾT KẾ TUYẾN HẦM. 16 1.1. Những yếu tố hình học của tuyến hầm: 16 1.2. Bình diện hầm. 18 1.3 - Trắc dọc tuyến hầm. 21 II – KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG TRONG HẦM. 22 2.1. Khổ giới hạn trong hầm. 22 2.2. Cách dựng khuôn hầm. 24 III - KẾT CẤU VỎ HẦM. 25 3.1. Bêtông phun (Shotcrete): 25 3.2. Neo: 26 3.3. Các dạng kết cấu vỏ hầm của hầm chính và hầm lánh nạn. 28 IV - KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY VÀ ĐƯỜNG BỘ HÀNH : 29 V – PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRONG HẦM. 30 5.1. Cấu tạo lớp chống thấm vỏ hầm. 30 5.2. Bố trí hệ thống rãnh thoát. 31 5.3. Cấu tạo rãnh thoát nước. 31 VI - THIẾT KẾ CỬA HẦM. 31 6.1. Cửa hầm phía Bắc: 31 6.2. Cửa hầm phía Nam: 32 VII – THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG TRONG HẦM. 33 7.1. Biện pháp thông gió: 33 7.2. Sơ đồ thông gió. 33 7.3. Thiết bị quạt gió. 34 7.4. Biện pháp chiếu sáng và bố trí chiếu sáng. 34 VIII - BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO. 34 8.1. Biện pháp đào và chống đỡ đường hang. 34 8.2. Biện pháp bốc xúc đất đá thải. 34 8.3. Biện pháp đổ bêtông vỏ hầm. 34 8.4. Biện pháp thi công cửa hầm. 35 IX - NHỮNG KHỐI LƯỢNG THI CÔNG CHÍNH. 35 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ THỨ II. 35 I - THIẾT KẾ TUYẾN HẦM. 35 1.1 – Những yếu tố hình học của tuyến hầm: 35 1.2 – Bình diện hầm. 38 1.3 - Trắc dọc tuyến hầm. 41 II – KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG TRONG HẦM. 42 2.1. Khổ giới hạn trong hầm. 42 2.2. Cách dựng khuôn hầm. 44 III - KẾT CẤU VỎ HẦM. 45 3.1. Bêtông phun (Shotcrete): 45 3.2. Neo: 46 3.3. Các dạng kết cấu vỏ hầm của hầm chính và hầm lánh nạn. 47 IV - KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY VÀ ĐƯỜNG BỘ HÀNH : 48 V – PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRONG HẦM. 49 5.1. Cấu tạo lớp chống thấm vỏ hầm. 49 5.2. Bố trí hệ thống rãnh thoát. 50 5.3. Cấu tạo rãnh thoát nước. 50 VI - THIẾT KẾ CỬA HẦM. 50 6.1. Cửa hầm phía Bắc: 50 6.2. Cửa hầm phía Nam: mô tả dạng kết cấu. 51 VII – THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG TRONG HẦM. 51 7.1. Biện pháp thông gió: 51 7.2. Sơ đồ thông gió. 51 7.3. Thiết bị quạt gió. 51 7.4. Biện pháp chiếu sáng và bố trí chiếu sáng. 52 VIII - BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO. 52 8.1. Biện pháp đào và chống đỡ đường hang. 52 8.2. Biện pháp bốc xúc đất đá thải. 52 8.3. Biện pháp đổ bêtông vỏ hầm. 53 8.4. Biện pháp thi công cửa hầm. 53 IX - NHỮNG KHỐI LƯỢNG THI CÔNG CHÍNH. 53 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN. 54 1. Phương án 1: 54 2. Phương án 2: 54 PHẦN III: 56 THIẾT KẾ KỸ THUẬT. 56 CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ĐÀO HẦM NATM. 57 1. Quá trình lịch sử phát triển của công nghệ NATM 57 2. Khái niệm chung về phương pháp NATM 58 3. Sự khác biệt và ưu nhược điểm của phương pháp NATM so với các phương pháp thi công truyền thống 60 CHƯƠNG II – TÍNH TOÁN KẾT CẤU. 63 1. Các số liệu tính toán. ( fKP =6) 63 2. Tính toán lớp bêtông phun (Shotcrete): 68 3.Tính toán neo. 69 4.Tính toán lớp vỏ bêtông. 71 5. Các số liệu tính toán ( fKP =8). 73 6. Tính toán lớp bêtông phun (Shotcrete): 77 7.Tính toán neo. 78 8.Tính toán lớp vỏ bêtông. 81 CHƯƠNG III – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÔNG GIÓ. 83 1. Phân loại các thành phần khí thải độc hại trong đường hầm trong giai đoạn khai thác. 83 2. Xác định lưu lượng gió sạch cần cung cấp. 84 3. Xác định các thông số thông gió. 88 4. Chọn thiết bị quạt gió. 88 PHẦN IV: 89 THIẾT KẾ THI CÔNG. 89 CHƯƠNG I - BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO. 90 1.1. Điều kiện thi công và căn cứ lựa chọn biện pháp đào đường hang. 90 1.2. Biện pháp khai đào đường hang. 90 1.3. Biện pháp đào đường hang. 90 1.4. Biện pháp chống đỡ đường hang. 94 1.5. Thi công lớp chống thấm. 95 1.6. Đổ bêtông vỏ hầm. 95 1.7. Thi công các hầm ngang. 95 1.8. Thi công hệ thống rãng. 96 1.9. Thi công cửa hầm. 96 1.10. Trình tự công nghệ. 97 CHƯƠNG II - THIẾT KẾ THI CÔNG CHI TIẾT VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ. 97 2.1. Dựng đường cong quan hệ áp lực - biến dạng theo tiến độ đào, biện pháp quan trắc độ hội tụ. 97 2.2. Tính toán lượng nổ và lập hộ chiếu nổ mìn cho đất đá có fkp=6 98 2.3. Tính toán lượng nổ và lập hộ chiếu nổ mìn cho đất đá có fkp=8 111 2.4. Chọn thiết bị khoan và bố trí thiết bị khoan. 124 2.5. Chọn thiết bị bốc xúc vận chuyển, tổ chức dây chuyền bốc xúc vận chuyển đất đá thải. 124 2.6. Thiết kế thành phần hỗn hợp bêtông phun và biện pháp thi công bêtông phun. 125 2.7. Thi công neo. 127 2.8. Thiết kế ván khuôn vỏ hầm. 128 2.9. Chọn thiết bị cấp vữa và đổ bêtông vỏ hầm. 128 2.10. Thiết kế thông gió trong đường hầm. 129 2.11. Thiết kế chiếu sáng trong đường hầm. 132 2.12. Cấp và thoát nước trong thi công. 133 CHƯƠNG III - TỔ CHỨC THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM. 133 3.1. Lập biểu đồ chu kỳ đào đường hang. 134 3.2. Lập dây chuyền tổ chức thi công. 134 3.3. Lập kế hoạch tiến độ. 138 3.4. Bố trí mặt bằng công trường. 139 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1: TÊN CÔNG TRÌNH, VỊ TRÍ XÂY DỰNG. 1.1. Tên công trình: Hầm giao thông xuyên núi. 1.2. Vị trí. Tuyến đường chạy theo hướng Bắc – Nam. Đây là khu vực có nhiều núi cao, hiểm trở, địa hình phức tạp. Địa hình có dãy núi cao và độ dốc lớn chạy theo hướng Đông – Tây. Tại đây dịa chất tốt nhưng dẫy núi cao có độ dốc lớn lên việc làm đường bộ men theo địa hình sẽ gây ra trắc trở trong khai thác và thi công. Do đó việc thay thế đường bộ bằng phương án hầm giao thông xuyên núi là hiệu quả hơn về khai thác và kinh tế. 1.3. Đặc điểm điều kiện kinh tế, xã hội. Khu vực làm hầm có một nền kinh tế kém phát triển, thu nhập bình quân đầu người thấp, tập quán sản xuất lạc hậu, dân số ít. Nền kinh tế còn là nông nghiệp và ngư nghiệp. Nền văn hoá là sự cộng hưởng của các dân tộc trong huyện, do điều kiện giao thông kém phát triển lên nền văn hoá còn chưa có sự tiến bộ, hoà nhập với các nền văn hoá của các khu vực lân cận. 1.4. Điều kiện giao thông hiện tại của khu vực xây dựng. Ngoài tỉnh lộ 722 (đoạn dài 78km, là một phần của con đường Đông Trường Sơn, đây là tuyến đường quan trọng nối Đà Lạt - Lạc Dương - Đắc Lắc), tỉnh lộ 723 (trục đường nối giữa 2 điểm du lịch Nha Trang và Đà Lạt, tổng chiều dài 39,4m) và 3 huyện lộ chính thì giao thông tại khu vực này còn kém phát triển. Phần lớn các đường còn lại là các đường nhỏ dành cho các phương tiện thô sơ, có độ dốc rất lớn. Rất không đảm bảo an toàn cho người qua lại. Hiện nay hệ thống giao thông của khu vực đang được đang từng bước quan tâm đầu tư nhằm phát triển các tiềm lực về kinh tế, xã hội, và du lịch trên địa bàn của khu vực. 1.5. Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực công trình. Địa hình khu vực nhỏ gồm một mỏn núi cao chạy dọc theo hướng Đông – Tây. Địa hình có một mỏm núi có độ dốc lớn, xen kẽ là một vài khe núi dốc. Do lượng mưa tại khu vực khá nhiều do đó đất đá bị phong hoá mạnh. Dưới lớp đất phong hoá là lớp đất đá không thấm nước tuy nhiên do lượng nước mưa lớn và đất bị phong hoá mạnh và vỡ dăm, vỡ vụn nên tại lớp này có nước xuất hiện tại các khe nứt của lớp đất đá… Khu vực đặt công trình khá cao do đó tại đấy không có sự ảnh hưởng của sông suối, nước ngầm… 1.6. Điều kiện khí hậu khu vực xây dựng. Khu vực công trình nằm trong vùng khí hậu ôn đới, độ cao so với mặt nước biển từ 1,500 - 1,600m. Độ ẩm trung bình hàng năm là 80-95%. Chỉ tiêu tháng  Nhiệt độ trung bình (0C)  Lượng mưa trung bình (mm)   1  16,4  20   2  17,1  37   3  18,3  50   4  19,1  120   5  19,7  195   6  20,4  213   7  21,6  450   8  22,8  290   9  22,9  184   10  19,5  115   11  18,8  102   12  16,4  24   Trung bình  18-20  1,800   Bảng 1: Các thông số khí hậu trung bình mỗi tháng trong năm tại khu vực hầm. CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT. 2.1. Quy trình, quy phạm thiết kế được áp dụng. Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ 22TCN-273-01. Tiêu chuẩn Nhật Bản dùng cho đường hầm xuyên núi . Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ 22TCN-4054-1998. Tham khảo các tài liệu, tiêu chuẩn có liên quan. 2.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật. Cấp đường 80. Vận tốc thiết kế vtk = 80km/h. Khổ đường B = 8m. Bán kính tối thiểu của đường cong trên tuyến Rmin = 250m. Bán kính tối thiểu đường cong trong hầm Rh,min= 150m. Độ dốc thiết kế trên tuyến itk = 6% Độ dốc dọc tối đa trong hầm ih,max=4%. Độ dốc dọc tối thiểu trong hầm imin=6
. Độ dốc ngang mặt xe chạy in=2%. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HẦM. 3.1. Mô tả địa chất công trình khu vực hầm. Hầm nằm trong khu vực địa chất còn nguyên sinh không có những biến động lớn do đó địa chất khu vực hầm không quá phức tạp. Địa chất hầm gồm 3 lớp đất đá chính như sau: Sét kết, bột phong hoá mạnh, sạn, khối, cứng cấp IV – V. Lớp này phân bố trên cùng có chiều dầy từ 2m-5m, càng lên cao chiều dày lớp sét càng tăng. Đá Riolít poofia, phong hoá mạnh, vỡ dăm và vỡ khối, cứng cấp VI. Lớp này nằm dưới lớp (1), lớp phân bố trong toàn bộ khu vực khảo sát và có chiều dày biến đổi từ 30m – 120m. Càng lên đỉnh chiều dày lớp này càng lớn. Đá Riolit poocfia, màu xám xanh, ít nứt nẻ. Cứng cấp VII – VIII. Loại này phân bố với toàn bộ chiều dày phía dưới. Đá Riolit poocfia là loại không thấm nước và không có nước ngầm trong lòng đất đá. Nước chẩy trong đá là loại nước mặt trong quá trình thấm qua lớp địa chất (1) thấm xuống lớp đá không thấm nước này và tồn tại trong các khe nứt của đất đá. Do đó lớp địa chất (2) là lớp bị phong hoá mạnh đồng thời có vỡ dăm và vỡ khối sinh ra nhiều khe nứt nhỏ dẫn tới nước thấm qua các khe nứt gây ẩm nhẹ vùng đất này. Mực nước ngầm nằm ở cao khu vực bình nguyên dưới chân núi do đó trong khu vực đặt hầm không có nước ngầm. Số liệu địa chất được trình bầy tại các bảng tổng hợp địa chất sau: Bảng 2: BẢNG TỔNG HỢP ĐỊA CHẤT PHƯƠNG ÁN 1. Tên đất đá  Phân bố  Hệ số độ cứng (fkp)  Trọng lượng riêng
(T/m3)  Góc ma sát trong
(độ)  Môdun đàn hồi E (MPa)  Hệ số possoi
 Hệ số nền tiêu chuẩn ko(kg/cm3)   Sét kết phong hoá mạnh  theo khu vực dtb = 2.5m  4  2,5  30   0,25  300   Đá Riolít poofia, phong hoá mạnh, vỡ dăm và vỡ khối,  Theo khu vực và có chiều dày trung bình là 40m, tại đỉnh 120m.  6  2,6  35  14.103  0,35  600   Đá Riolit poocfia, màu xám xanh, ít nứt nẻ  Theo khu vực có chiều dày lớn  8  2,67  40  24.103  0,4  1700   Bảng 3: BẢNG TỔNG HỢP ĐỊA CHẤT PHƯƠNG ÁN 2. Tên đất đá  Phân bố  Hệ số độ cứng (fkp)  Trọng lượng riêng
(Tm3)  Góc ma sát trong
(độ)  Môdun đàn hồi E (MPa)  Hệ số possoi
 Hệ số nền tiêu chuẩn ko(kg/cm3)   Sét kết phong hoá mạnh  theo khu vực dtb = 2.5m  4  2,5  30   0,25  300   Đá Riolít poofia, phong hoá mạnh, vỡ dăm và vỡ khối,  Theo khu vực và có chiều dày trung bình là 40m, tại đỉnh 120m.  6  2,6  35  14.103  0,35  600   Đá Riolit poocfia, màu xám xanh, ít nứt nẻ  Theo khu vực có chiều dày lớn  8  2,67  40  24.103  0,4  1700   3.2. Phân loại địa chất trong các khu vực dự kiến tuyến hầm đi qua. Hầm được thi công theo phương pháp NATM nên địa chất khu vực hầm được phân loại theo chỉ tiêu RMR. Theo RMR đất đá được chia làm các loại sau: Bảng 4: Bảng phân loại đá theo điểm số RMR. Giá trị RMR  70 - 100  60 - 80  40 - 70  30 - 60  25 - 50  20 - 40  < 20   Loại đá  A  B  CI  CII  DI  DII  E   Hầm đi qua 2 lớp địa chất 2,3 do đó ta phân loại địa chất cho hai loại đất đá như sau: Lớp thứ 2: Đá Riolít Foocfia, phong hoá mạnh, vỡ khối vỡ dăm, fkp=6, RQD=50-60%. Loại đá này là loại đá cách nước và không chứa nước, nước chủ yếu trong đá là nước mặt qua đới nứt nẻ. Bảng5: Bảng tổng hợp tính điểm số RMR khối đá của lớp 2. Thông só  Loại giá trị   1  Độ bền của đá còn nguyên trạng  Chỉ số độ bền nén điểm  >100Mp  4-10Mpa  2-4Mpa  1-2Mpa  Đối với giá trị thí nghiệm nên đơn trục     Độ bền nén đơn trục của đá  >250Mpa  100-250Mpa  50-100Mpa  25-50Mpa  25-5  1-5  <1    Thang điểm  15  12  7  4  2  1  0   2  Chỉ tiêu chất lượng đá RQD (%)  90-100  75-90  50-75  25-50  <25    Thang điểm  20  17  13  8  3   3  Khoảng cách giữa các khe nứt (m)  >2  0.6-2  0.2-0.6  0.06-0.2  <0.06    Thang điểm  20  15  10  8  5    Trạng thái các khe nứt (m)    Chiều dài các khe nứt (m)  <1  1-3  3-10  10-20  >20    Thang điểm  6  4  2  1  0    Tính nhám của khe nứt  Rất nhám  Nhám  Hơi nhám  Nhám mịn, phẳng  Rất trơn,có mặt trợt    Thang điểm  6  5  3  1  0   4  Sự lấp đầy của khe nứt  Không có  Vật liệu cứng <5 mm  Vật liệu cứng > 5 mm  Vật liệu mềm < 5mm  Vật liệu mềm>5mm    Thang điểm  6  4  2  2  0    Mức độ phong hoá  Không phong hoá  Phong hoá nhẹ  Phong hoá trung bình  Phong hoá nặng  Phong hoá hoàn toàn    Thang điểm  6  5  3  1  0   5  Tình trạng nước ngầm  Lượng nước vào mỗi 10m chiều dài hầm (1lít/phút)  Không  <10  10-25  25-125  >125    điều kiện chung  Hoàn toàn khô  ẩm ướt  đẫm nước  chảy nhỏ giọt  chảy thành dòng    Thang điểm  15  10  7  4  0   Theo đầu bài với các số liệu ta có tổng RMR của lớp thứ 2 tính cho toàn bộ chiều dài hầm đi qua lớp thứ 2 là : RMR = 7+13+15+6+3+2+1+10 = 57 Vậy địa chất lớp 2 là loại CI. Lớp thứ 3: Đá Riolít Foocfia, mầu xám xanh, ít nứt nẻ, fkp=8, RQD = 80-95%. Theo đầu bài với các số liệu ta có tổng RMR của lớp thứ 3 tính cho toàn bộ chiều dài hầm đi qua lớp thứ 3 là : RMR = 7+17+8+6+1+2+6+15 = 62 Vậy địa chất lớp 2 là loại B. 3.3. Dự kiến cấu tạo kết cấu và biện pháp công nghệ thi công đường hầm. Công nghệ thi công đường hầm: NATM Dự kiến cấu tạo kết cấu dựa theo tiêu chuẩn hầm xuyên núi của Nhật có các thong số kỹ thuật sau: Bảng 6: Các thông số kỹ thuật của hầm. Loại đá  Phương pháp đào  Khoảng cách đào vượt trước(m)  Bulông, neo đá  Vòm Thép  Bêtông phun (cm)  Lớp vỏ thứ hai (cm)      Chiều dài (m)  Khoảng cách (m)          Theo phương ngang  Theo phương dọc      B  Toàn gương  2  3  1.5  2  -  5  30   CI  Toàn gương  1.5  3  1.5  1.5  -  10  30   PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ SỞ. PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ THỨ NHẤT. I - THIẾT KẾ TUYẾN HẦM. 1.1. Những yếu tố hình học của tuyến hầm: 1.1.1. Điểm đầu tuyến: + Lý trình : Km 0+00. + Cao độ : 813,506m. 1.1.2. Điểm cuối tuyến: + Lý trình : Km1+245,19. + Cao độ : 774,935 m. 1.1.3. Bình diện tuyến thiết kế: Tuyến gồm hai hầm chạy song song với nhau cách nhau 40m. Hầm chính là hầm đôi gồm 2 làn xe, một lề cho người đi bộ nhằm phục vụ cho công tác tu duy và sửa chữa hầm. Hầm lánh nạn được thiết kế cho một làn xe, hầm này được thiết kế với mục đích để dự kiến cho tương lai có thể mở rộng tuyến. Hai hầm được nối với nhau thông qua các hầm ngang. Các hầm ngang được thiết kế với mặt cắt đủ một làn xe. Tuyến hầm chính được thiết kế trên đường thẳng và được nối với đường ngoài bằng các đường cong. Tuyến hầm lánh nạn được thiết kế gồm có hai đường cong chuyển tiếp tại hai đầu của tuyến. 1.1.4. Vị trí và yều tố hình học của các đường cong: Mục đích của việc thiết kế đường cong chuyển tiếp là làm giảm lực ly tâm khi phương tiện giao thông chuyển từ đường thẳng vào đường cong tròn. Tuyến gồm hai đường cong tròn tại hầm lánh nạn, các yếu tố hình học của đường cong như sau:
Trong đó: l : Chiều dài đường cong chuyển tiếp. T0 : Chiều dài đường tang của đường cong tròn. KT0 : Chiều dài cung của đường cong tròn. p0 : Chiều dài đường phân giác của đường cong tròn. Tuyến gồm hai đường cong chuyển tiếp có các số liệu sau: + Đường cong đường dẫn phía Bắc: Các yếu tố đường cong được lựa chọn: l = 30m T0 = 66,154m KT0 = 129,335m p0 =8,39m A =29038’29’’ R2 = 250m Các yếu tố đương cong khi có đường cong chuyển tiếp là: T =71,154m KT =139,335m p =8,621m + Đường cong đường dẫn phía Nam: Các yếu tố đường cong được lựa chọn: l = 70m. T0 = 54,987 m. KT0 = 109,278m p0 = 3,630m A =15039’10’’. R1 = 400m Các yếu tố đương cong khi có đường cong chuyển tiếp là: T = 64,987m KT = 129,278m p = 3,803m. 1.2. Bình diện hầm. 1.2.1. Bình diện đường dẫn cửa phía Bắc: Tại cửa Bắc đường dẫn vào hầm chính là một đoạn đường bộ thẳng có đào taluy và gia cố tại mái taluy bên trái của đường, tại hầm lánh nạn đường dẫn là một đường cong chuyển tiếp có bán kính là 250m. 1.2.2. Bình diện đường dẫn cửa phía Nam: Đường dẫn vào hầm phía Nam dẫn vào hầm chính là một đường thẳng đều có đào bạt tại taluy của đường và có sự gia cố tại các mái taluy của đường. Hầm lánh nạn được dẫn bằng đường bộ có một đường cong chuyển tiếp có bán kính 250m. 1.2.3. Bố trí các làn xe trong đường hầm: Các làn xe có bề rộng mặt đường là 4m, hai làn xe được phân cách bằng dải phần cách mềm có bề rộng 0,25m. Một lề đi bộ sẽ được bố trí một bên với bề rộng 1m nhằm phục vụ cho qua trình duy tu bảo dưỡng hầm. 1.2.4. Bố trí hầm lánh nạn: Hầm chạy song song với hầm chính, có bề rộng gần bằng đường một làn. Không có lề người đi bộ, có đầy đủ các hệ thống thoát nước và chiếu sang như hầm chính. Hầm lánh nạn được xuất phát cùng hầm chính, song song với hầm chính. Khoảng cách của hầm lánh nạn và hầm chính được tính toán trên cơ sở khoảng cách tối thiểu đảm bảo duy trì phần đất ngăn cách đủ làm vai trò trụ đỡ của hai vòm áp lực, tác động của thi công không phá vỡ trạng thái tự nhiên của tường ngăn cách này. Khoảng cách đó theo M.M.Protojakonov được xác định như sau:
Trong đó: : Trọng lượng thể tích của khối đất đá phía trên nóc hầm T/m3.
B: Khẩu độ tính đổi của khối đất phía trên đường hầm (m).
B1,B2 : Khẩu độ của hai hầm. B1=6,16m; B2 = 3,03m Z: Chiều sâu từ mặt đất xuống đỉnh hầm, xác định ở vị trí sâu nhất. Z=192,501m fkp : Hệ số kiên cố của đất đá. fkp= 6. (2: Góc ma sát của lớp địa chất 2. Thay vào công thức ta có:
Vậy khoảng cách hai hầm cần thiết kế là:
Tuy nhiên trong đồ án này em dự định trong tương lai sẽ mở rộng tuyến trở thành tuyến 4 làn xe với hai hầm đôi. Khi đó hầm lánh nạn được mở rộng thành hầm có hai làn xe do đó khoảng cách hai hầm em dự kiến là 40m. 1.2.5. Vị trí các hầm ngang: Các hầm ngang được thiết kế các nhau 300m, gồm 2 hầm ngang trong tuyến. Kết cấu của hầm ngang được thiết kế như hầm lánh nạn với chiều rộng bằng một làn xe. Đoạn nối với hầm ngang có một dải đường được mở rộng dài 26m và rộng 3m nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển. Khoảng cách bố trí các hầm ngang chia chiều dài hầm ra ba đoạn có chiều dài là 254,73- 300 - 252,076 m. Vị trí các hầm ngang như sau: Hầm ngang 1 nằm ở Km 0+401,225 so với hầm chính và nằm tại Km0+408,782 so với hầm phụ. Hầm ngang 2 nằm ở vị trí Km 0+701,225 so với hầm chính và nằm tại Km0+708,782 so với hầm phụ. 1.2.6. Vị trí các cửa hầm: Vị trí cửa hầm được lựa chọn để lượng đào bạt là ít nhất do việc tăng chiều sâu đường đào trước cửa hầm sẽ làm tăng giá thành của cửa hầm, bạt dốc cửa hầm và gia cố chúng. Điều này gây khó khăn cho công tác cơ giới hoá đào bạt cửa hầm. Hiện nay công tác đào bạt đang được xem xét để có thể tránh được sụt trượt do ảnh hưởng của khí hậu nhằm đảm bảo giao thông được an toàn. Kinh nghiệm thiết kế chỉ ra rằng trong đất sét chiều sâu đường đào trước cửa hầm không được vượt quá 12-15m. Trong đá cứng có thể bạt tới 20-25m. Tuy nhiên người ta thường lấy những trị số nhỏ hơn để đảm bảo an toàn và đơn giản trong thi công. Cửa hầm Bắc được đặt tại vị trí Km0+140,445; cao độ 808,949m. Cửa hầm nằm trong vị trí khá dốc và nằm ngay vị trí khe núi do đó với hầm lánh nạn phải có bố trí cầu cạn/cống với khẩu độ nhỏ. Cửa hầm phía Bắc được đào bạt thành 3 cấp có độ dốc của hai cấp đầu là 1:0,4; hai cấp sau có độ dốc là 1:0,5; 1:0,6. Các chiếu nghỉ được thiết kế rộng 2m và có rãnh thoát nước có chiều rộng là 0,5m. Hai bên taluy của cửa hầm được thiết kế một, hai cấp với độ dốc là 1:0,4. Cửa hầm Nam được đặt ở vị trí Km 0+946,7 và cao độ 799,375m. Cửa hầm nằm trong địa hình khá bằng phẳng với thiết kế hai cấp cho hầm chính và 2 cấp cho hầm lánh nạn, dốc mỗi cấp 1:0,4 và 1:0,5. Các chiếu nghỉ có chiều rộng là 2m vơi các rãnh thoát nước là 0,5m. Kết cấu cửa hầm được bố trí sát với tường hầm, có hình dạng của khuôn hầm. Kết cấu cửa hầm cao hơn tường 0,3m và có chiều dày 0,3m. 1.2.7. Chiều dài mỗi nhánh hầm. Hầm chính có chiều dài là 806,601m. Hầm lánh nạn có chiều dài 806,600m. Các hầm ngang có chiều dài 24,3m. 1.3 - Trắc dọc tuyến hầm. 1.3.1.Đường dẫn vào hầm : + Đường dẫn vào cửa hầm phía Bắc: Đường vào hầm chính có chiều dài 145m, độ dốc 1%, là loại nền vừa đào. Hầm lánh nạn có đường chiều dài 155m nằm trong đoạn đường cong có bán kính là 250m. Đây là loại nền đắp. + Đường dẫn vào cửa hầm Nam: Đường vào hầm chính có chiều dài 245,146m, độ dốc là 2,0%, là loại nền vừa đào. Đường dẫn vào hầm lánh nạn có chiều dài là 299,714m, có độ dốc là 1,8% là loại nền vừa đào vừa đắp. Đường có một đường cong chuyển tiếp có bán kính là 400m. 1.3.2. Trắc dọc trong hầm chính: Hầm được thiết kế với hai hướng dốc nhằm thoát nước cho hầm. + Độ dốc hầm xuất phát từ cửa hầm phía Bắc: 1%, chiều dài đoạn dốc 305m. + Độ dốc hầm xuất phát từ cửa hầm phía Nam : 2,0%, chiều dài đoạn dốc là 550m. + Chiều dài đoạn chuyển tiếp trong hầm: 237,948m. Đoạn chuyển tiếp được nối với các đoạn dốc bằng đường cong đứng R=7000m. 1.3.3. Trắc dọc đường hầm lánh nạn. + Hầm có chiều dài 806,6m, hầm được thiết kế gồm hai hướng dốc nhằm đáp ứng nhu cầu thoát nước cho hầm. + Độ dốc hầm xuất phát từ cửa hầm phía Bắc: 1%, chiều dài đoạn dốc 295m. + Độ dốc hầm xuất phát từ cửa hầm phía Nam : 1,8%, chiều dài đoạn dốc là 507,826m. + Chiều dài đoạn chuyển tiếp trong hầm: 329,934m. Đoạn chuyển tiếp được nối với các đoạn dốc bằng đường cong đứng R=7000m. 1.3.4. Trắc dọc các hầm ngang. Hầm ngang có chiều dài 24,3m có một hướng dốc từ hầm chính đến hầm lánh nạn và có độ dốc là 3%. II – KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG TRONG HẦM. 2.1. Khổ giới hạn trong hầm. 2.1.1. Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc trong hầm. Định nghĩa: Khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc là một đa giác khép kín, nằm trên mặt phẳng vuông góc với tim đường tạo thành khoảng không tối thiểu dành cho giao thông, mọi chi tiết kết cấu các công trình trên đường đều phải nằm bên ngoài đường bao giới hạn này. Từ điều kiện của đầu bài hầm không có lề người đi bộ do đó các thông số của khổ giới hạn như sau: Bề rộng mặt đường xe chạy (đường cấp III) : B = 8m. Dải phân cách là 0,25m. Gờ chắn bánh có chiều cao 0,4m.
Hình 1 : Khổ giới hạn của hầm chính và hầm lánh nạn. 2.1.2. Tĩnh không trong hầm: Ngoài việc tuân thủ qui định của khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc, kích thước bên trong đường hầm còn phải duy trì những khoảng không gian thoáng cần thiết nhằm thoả mãn những yêu cầu trong thi công và trong khai thác sau đây: